ứng dụng soildwwork trong thiết kế xe lăn

Lời nói đầu Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển, mọi ngời sống và làm việc trong một môi trờng hoà bình. Nhng để có đợc điều đó đất nớc ta đã phải trải qua những năm tháng chiến tranh vô cùng khó khăn gian khổ mà cũng vô cùng oanh liệt. Chiến tranh đã đi qua mấy chục năm rồi nhng d âm và hậu quả của nó thì không thể kể xiết đợc. Hiện nay nó vẫn còn đeo đuổi các bác, các chú và con cháu của họ làm cho họ mất đi khả năng lao động của đôi chân. Bên cạnh đó còn do hậu quả của tai nạn lao động, tai nạn giao thông và sự già hoá của một bộ phận dân số khiến họ không thể tự mình đi lại đợc. Để đáp ứng nhu cầu này, từ nhiều thập niên qua, con ngời đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra xe lăn. Đây là một loại phơng tiện thuận lợi trợ giúp cho ngời khuyết tật có thể tự mình di chuyển một cách dễ dàng. Theo thời gian cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ những chiếc xe lăn ngày càng trở lên phong phú và tiện ích hơn cho ngời sử dụng. Trớc đây xe lăn chỉ đơn thuần là những loại thô sơ, chủ yếu dùng sức của đôi tay để di chuyển nh: xe lăn tay khung cứng, sau đó để thuận tiện cho việc vận chuyển nhẹ nhàng đỡ cồng kềnh ngời ta đã cho ra đời xe khung gấp. Rồi xe lăn có thể tự điều chỉnh t thế nằm ngồi, xe có ghế vệ sinh và ngày nay nó đã trở lên thuận tiện hơn với xe gắn động cơ giúp ng- ời dùng không cần nhiều đến sức mạnh của đôi tay trong việc di chuyển nữa. Trên thế giới đã và đang thiết kế ra các loại xe có khả năng lên xuống cầu thang, nâng hạ độ cao của xe Trớc đây việc cho ra đời một chiếc xe lăn là công việc rất tốn kém. Bởi vì công việc của các nhà thiết kế có thể hình dung nh sau: Thể hiện bằng 1 mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ kĩ thuật với một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ). Tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kĩ thuật ( 2D ), bổ sung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạmTóm lại đây là 1 quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn naị của nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn luôn sửa đổi, bổ sung, hiệu chỉnh khi muốn hiệu chỉnh lại một vài kích thớc có khi phải sửa lại cả bản vẽ nh vậy sẽ mất rất nhiều công sức thời gian . Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn Cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hay không đạt đợc các chỉ tiêu động học đề ra, thậm chí có kết cấu có thể làm việc trong miền cộng hởng của nó.khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến hành lại từ đầu và có thể không chỉ 1 lần. Nên việc từ bản vẽ phác đến chế tạo mẫu là công việc rất khó khăn. Ngày nay công nghệ thông tin đã xâm nhậm vào các lĩnh vực khoa học công nghệ và trong lĩnh vực thiết kế CAD đã trở thành 1 công cụ đắc lực. Nh ta đã biết, bản vẽ 2D là một thành tựu đáng quý trong lĩnh vực thiết kế, nó có đóng góp to lớn khi thiết kế và chế tạo ra các trang thiết bị của nhân loại cho đến hết thế kỷ XX. Tuy nhiên, nó vẫn có nhợc điểm là ngời đọc muốn hiểu nó cần đợc học bài bản, vì nó có nhiều bề mặt phức tạp rất khó thể hiện khiến ngời đọc khó hình dung Trớc đây, ngời ta cũng đã ứng dụng phơng pháp vẽ hình chiếu trục đo, nhng khá phức tạp và hiệu quả truyền đạt không quá cao. Ngày nay, khi mà máy tính PC đã là phơng tiện thân thuộc trên toàn cầu, các công ty phần mềm đã lần lợt tung ra thị trờng các phần mềm vẽ 3D ngày càng thông minh nh Solidworks, Inventor tạo ra không gian ảo nh thực giúp ngời thiết kế đẩy nhanh tiến độ gấp nhiều lần và có thể cắt bỏ nhiều công đoạn từ thiết kế đến chế tạo. Vì thời gian không nhiều và kiến thức có hạn, chúng em chỉ kịp tìm hiểu, ứng dụng phần mềm SolidWorks. Nó là một trong các phần thiết kế uy tín nhất trên thế giới cho phép ngời sử dụng xây dựng mô hình 3D có các chi tiết, lắp ghép chúng thành các sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông tin về vật liệuHơn thế nữa, tính mở và tính t- ơng thích của SolidWorks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trờng của nó. SolidWorks cũng kết xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để ngời sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi trờng các phần mềm phân tích khác.Ví dụ các phần mềm phân tích ANSY, MSCcó thể kiểm tra mô hình về phơng tiện ứng suất, biến dạng, nhiệt: xác định tần số dao động riêng, mô phỏng tơng tác của các dòng chảy khí với mô hìnhCác phần mềm COSMOS, ADAMScó thể kiểm tra các thông số động học hay động lực học của mô hình các phần mềm Z-Casting, Pro-Castingcó thể mô phỏng quá trình đúc sản phẩm. Chính vì thế giảm đợc sự tốn kém và bất cập trong chế tạo hàng mẫu. Cách đây vài tháng chúng em cũng đã đợc biết đến phần mềm Inventor là một tiện ích khá u việt dựa trên Cad(2D) nó có khả năng liên thông, giao lu giữa CAD và 3D tốt hơn so với Solidworks, tuy về mặt triết lý là nh nhau nhng do Invetor là một phần mềm đợc thừa hởng hợp pháp sức mạnh của AutoCAD và ra sau Solidworks nên nó có nhiều tính năng u việt hơn trong lĩnh vực cơ khí nói chung và trong lĩnh vực 3D hoá nói riêng. Tuy 2 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn nhiên do trong quá trình thực tập chúng em đợc tiếp súc với Solidworks tr- ớc nên sử dụng Solidworks thành thạo hơn vì thế trong đồ án của chúng em trình bày và tính toán bằng các bản vẽ Solidworks. Hiện nay đất nớc ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá.Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng b- ớc đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thớc, mẫu mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năng tạo điều kiện cho những ngời khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội. Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi ngời và cũng là nhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tơng lai của đất nớc phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cả mọi ngời đều đợc sống và cống hiến. Trớc những yêu cầu và nhận thức này chúng em đợc giao nhiệm vụ thiết kế và từng bớc chế tạo thử xe lăn đa dụng, thông minh dựa trên phần mềm Solidworks. Hiện nay đất nớc ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng b- ớc đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thớc, mẫu mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năngtạo điều kiện cho những ngời khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội. Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi ngời và cũng là nhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tơng lai của đất nớc phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cả mọi ngời đều đợc sống và cống hiến. Trớc những yêu cầu và nhận thức này chúng em đợc giao nhiệm vụ khảo sát và thiết kế xe lăn. Đây là đồ án đầu tiên mang tính chất quyết định, song do trình độ của bản thân còn hạn chế nên chúng em không thể nào tránh khỏi những sai sót rất mong đợc sự giúp đỡ của các thầy để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Bản đồ án của chúng em đã hoàn thành với sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Hoa Đăng và chú Thái tại Trung Tâm Kỹ Thuật Chỉnh Hình. Qua đây chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy cùng các cô chú đã giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. 3 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn Phần I: Khảo sát thị trờng xe lăn I . Các kiểu xe lăn Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thờng ngời ta tiến hành khảo sát các sản phẩm tơng tự nhằm tận dụng các u điểm của các sản phẩm đó, rút ngắn thời gian nghiên cứu tính toán thiết kế. ở đây để thiết kế một xe lăn mới, trớc hết chúng em tiến hành khảo sát một số xe lăn cùng loại của các nhà sản xuất nh Trung Quốc, Mỹ và các nhà sản xuất nội địa Sau đây là bảng thông số kỹ thuật của một số xe lăn mà chúng em thu hoạch đợc trong quá trình thực tập và tìm hiểu thị trờng cũ. Kiểu dáng Chiều rộng ghế(mm) Chiều dài ghế(mm) Trọng l- ợng xe (lbs) Tải trọng cho phép (lbs ) Giá bán 457 406 38 300 $289.00 457 406 40 250 $259.00 4 §å ¸n tèt nghiÖp ø ng dông Soildworks trong thiÕt kÕ xe l¨n 457 406 40 250 $169.00 457 406 35.5 250 $ 289.00 457 406 40 250 $429.00 457 406 25 300 $329.00 457 406 31.5 250 $349.00 457 406 31 250 $439.00 5 §å ¸n tèt nghiÖp ø ng dông Soildworks trong thiÕt kÕ xe l¨n 406, 457 406 29 220 $429.00 508 457 32 275 $589.00 457 406 34 220 $499.00 457 406 31 250 $329.00 305, 356, 406 356 25 - 27 220 $599.00 559 457 48 350 $399.00 610 457 49 400 $459.00 6 §å ¸n tèt nghiÖp ø ng dông Soildworks trong thiÕt kÕ xe l¨n 508 457 47 300 $349.00 559- 610 457 52 - 54 450 – 500 $959.00 559 - 610 457 50 – 52 450 - 500 $1029.00 559 - 610 508 52 - 54 450 - 500 $1069.00 559 - 610 508 50 – 52 450 - 500 $1099.00 559- 610 483 56 – 58 370 – 400 $1599.00 356 356 37 200 $399.00 305- 406 356 25 - 27 220 $599.00 7 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn 305- 406 381 39 - 41 220 $1079.00 II. Phân loại xe và đối tợng sử dụng: Qua quá trình khảo sát và dựa vào những tính năng của các loại xe và do đặc thù của ngời sử dụng, tính năng và các đoạn đờng mà ngời đó di chuyển mà xe lăn đợc chia làm nhiều loại khác nhau, mỗi loại đợc thiết kế theo các chuẩn mực hay mục đích khác nhau sao cho thuận tiện nhất với đối tợng sử dụng do đó ta có các cách phân loại xe nh sau: 1. Phân loại dựa theo khả năng của ngời sử dụng: - Xe dành cho ngời có khả năng sử dụng đôi tay. - Xe dành cho ngời bại não hay mất cả khả năng sử dung đôi tay. 2. Phân loại theo khoảng cách mà ngời đó di chuyển: - Xe dùng cho đoạn đờng ngắn, nhỏ (di chuyển trong nhà, di dạo ). - Xe dùng đi đờng trờng, tốc độ di chuyển cao hơn ( tơng đơng với xe đạp ). 3. Phân loại theo kiểu thiết kế : - Xe lắp ráp ( các chi tiết đợc lắp rắp lại với nhau). - Xe cố định ( các chi tiết đợc gắn cứng với nhau ). 4.Phân loại dựa theo mức độ hiện đại của các loại xe - Xe thô sơ - Xe điện 5.Phân loại theo cơ cấu điều khiển : - Xe lắc - Xe lăn - Xe điện Hiện nay trên thị trờng có khá nhiều loại xe của nhiều nhà sản xuất khác nhau: trong nớc, nớc ngoài. Do đó mà giá thành, kiểu dáng, chất l- 8 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn ợng của các loại xe cũng rất khác nhau ( giá thành trên thị trờng hiện giờ dao động từ 450 nghìn 10 triệu đồng ) . Mặt khác xe lăn là một mặt hàng hầu nh không có thị trờng, cơ sở phân phối do đó các cơ sở sản xuất đa phần chỉ sản xuất theo đơn đặt hàng của các tổ chức nhân đạo phi chính phủ để trợ cấp cho ngời tàn tật hoặc nhà nớc ta hỗ trợ cho các thơng bệnh binh và con em của những ngời bị ảnh hởng của chiến tranh, chỉ một phần rất nhỏ đợc bán ra ngoài. Chính vì vậy mà điều kiện để phát triển sản xuất của các loại xe này gặp rất nhiều khó khăn, do đó các cơ sở sản xuất của ta đợc trợ cấp một số tiền để có thể duy trì sản xuất và hoạt động. Hơn nữa xe lăn là một mặt hàng không bị đánh thuế cũng tạo điều kiện phát triển. Tuy nhiên do cơ sở sản xuất còn lạc hậu, sản xuất nhỏ lẻ đơn chiếc do đó mà nó cũng làm tăng giá thánh sản xuất lên rất cao, độ chính chính xác khi gia công thấp. Trong khi đó thị trờng trong nớc lại tràn ngập xe Trung Quốc với giá rẻ hơn. Tuy nhiên giá cả này vẫn cao đối với những ngời có nhu cầu sử dụng xe lăn do các loại xe nhập vào nớc ta chu yếu là xe nhập lậu, không có thơng hiệu rõ ràng, cha qua thẩm định về độ an toàn do đó độ an toàn thấp hơn, nhanh h hại hơn nhng lại có u điểm là giá thành thấp hơn, mẫu mã phong phú hơn và các tính năng cũng đa dạng hơn. Đặc điểm chung của các loại xe hiện nay ở nớc ta vẫn là xe thô sơ ( dùng cơ bắp để di chuyển xe ), điều này do nhiều nguyên nhân mà việc lắp động cơ vào xe lăn khó thực hiện ví dụ nh : - Giá thành cao ( tăng lên 4- 5 lần khi lắp động cơ ) mà nhu cầu của ngời khuyết tật cha thể đáp ứng ( nếu có thì chỉ một bộ phận rất nhỏ có khả năng chi trả ). - Do đòi hỏi về mức độ an toàn giao thông ở nớc ta: khi một phơng tiện giao thông có gắn động cơ thì bắt buộc ngời điều khiển phơng tiện đó phải có giấy phép lái xe (điều này phi thực tế với ngời khuyết tật). III. Đánh giá đặc điểm kết cấu các loại xe lăn. Trên thị trờng hiện nay tồn tại nhiều loại xe lăn , tùy thuộc vào đối tợng sử dụng mà xe lăn có các kết cấu khác nhau sao cho phù hợp với thể trạng mức độ của ngời sử dụng, hiện nay trên thế giới gồm có hai loại xe cơ bản: 9 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn - Xe thô sơ ( chủ động về sức ngời ). - Xe điên ( chủ động bằng động cơ điện ). 1. Xe thô sơ: Các bộ phận điều khiển đều dựa vào sức ngời, với xe thô sơ chiếm khoảng 95% thị trờng trên toàn thế giới, nó tồn tại ở các dạng chính sau đây: 1.1. Xe dùng cho ngời bại não ( liệt toàn thân ) hay ngời mất khả năng sử dụng đôi tay của mình: Do đặc điểm ngời sử dụng mất khả năng điều chỉnh cơ thể theo ý muốn hoặc mất khả năng nhận thức ( sống thực vật ) chính vì vậy mà loại xe nay đợc thiết kế có độ an toàn cao hơn so với xe lăn bình thờng, mặt khắc những đối tợng này ít di chuyển do đó kết cấu của nó tơng đối đơn giản: + Khung cứng, không gấp ( vững chắc ). + Không có bộ phận tay tự lái do đó cũng không có bộ phận phanh. + lắp thêm một số bộ phận an toàn, tiện ích nh: dây đeo an toàn ( cố định ngời ngồi trên xe lăn), bô vệ sinh gắn dới đệm ngồi Hình I.1 1.2. Xe dùng cho ngời chỉ mất khả năng di chuyển ở đôi chân: Loại xe này đa dạng và phong phú hơn về kiểu dáng, mẫu mã, có nhiều tính năng hơn. Loại này tồn tại chủ yếu ở 2 dạng : 10 [...]... độ lật của xe do đó để đảm bảo 17 ứng dụng Soildworks trong Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn điều kiện an toàn cho xe ta phải kiểm nghiệm xem xe có bị lật trong quá trình sử dụng hay không : Để kiểm nghiệm xem xe có lật hay không trong quá trình sử dụng ta nâng xe lên một góc 150 hoặc làm nghiêng một góc 150 ( độ dốc và độ nghiêng của đờng thông thờng cho phép ) Nếu trọng tâm của xe vẫn nằm trong vùng... 2 Khung chính ( sờn xe ) 13 ứng dụng Soildworks trong Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn Khung xe bao gồm các thanh ống đợc gắn cứng với nhau bởi mối hàn axetilen,hồ quang điện, là phần chịu lực chính của xe và cũng là chi tiết trung tâm liên kết các bộ phận khác của xe 2.1 Chọn vật liệu : Trong chế tạo các loại xe thô sơ ( xe đạp, xe thồ, xe ba gác, xe lăn ) ngời ta thờng chọn vật liệu để tính khung... sau: 20 ứng dụng Soildworks trong Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn P = mg A B b/2 b/2 b P = mg C D a/3 a Trong đó : a : là chiều dài của khung tính từ điểm da lng C đến khớp gối chân ngời sử dụng D b : là chiều rộng của khung : khoảng cách xa nhất khi xe đang sử dụng (400 mm ) Kiểm nghiệm độ võng của mặt sàn AB P = mg A B b/2 b/2 b 21 ứng dụng Soildworks trong Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn A Nhận... chọn các thông số kỹ thuật cho xe mới I Tính và chọn các thông số kỹ thuật cho xe đa dụng 1 HìnhII.1 12 Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong 1- Khung chính 4- Cụm bánh trớc 2-Cụm tựa lng 5- Cụm để chân 3- Cụm bánh sau 1 Chọn các thông số cơ bản của xe : Khi tính toán thiết kế xe lăn các thông số của xe phụ thuộc rất nhiều vào cơ thể của ngời sử dụng Các thông số cơ bản là : chiều... hơn) chủ yếu đợc sử dụng ở các vành bánh xe đặc biệt và các vành bánh xe đã qua sử dụng Mặc dù đợc sử dụng trong một số trờng hợp nhng nhôm tấm không đợc sử dụng phổ biến vì đắt Trong công nghiệp xu thế chung là chế tạo 27 Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong các kết cấu nhẹ vì vậy vành bánh xe cũng đợc chế tạo theo xu thế này Những vành bánh xe đợc chế tạo từ nhôm tấm (với các nắp... thực tế hơn Đó là bài toán mô phỏng hoạt động của xe thông qua 22 Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong phần mềm ứng dụng Solidworks Đây là một phần mềm mô phỏng 3D rất tiện dụng ( trình bày ở phần sau ) nhằm mô phỏng quá trình biến dạng của xe và chỉ ra những điểm dễ phá vỡ liên kết khi có tải trọng tác dụng Một đặc điểm rất tiện dụng trong Solidworks khác với các phần mềm tính sức... diện tích của xe là hợp lý, ngợc lại trọng tâm rơi ra ngoài thì ta phải tăng khoảng cách giữa các trục và bánh xe mg Xe trong trạng thái cân bằng mg mg 18 ứng dụng Soildworks trong Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn Độ dốc giới hạn Kết luận : xe đủ điều kiện chống lật và để trọng tâm của xe khi có tải trọng không vợt ra ngoài bánh sau thì xe chỉ đợc nghiêng một góc nhỏ hơn 450 nh vậy xe đảm bảo điều... nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong - Xe ngồi : là loại xe mà ngời sử dụng xe lăn chỉ có thể ở t thế ngồi, phần dựa lng cố định với khung tạo thành một chi tiết cố định ( Hình I.1 ) - Xe chỉnh đợc t thế của lng theo các góc điều chỉnh : phần dựa lng xoay quanh một khớp tạo ra các góc khác nhau bởi những khống chế chuyển động của các khớp (Hình I.2 ) HìnhI.2 2 Xe điện ( Hình I.3 ) : loại xe. .. kính vành bánh xe, mặc dù cũng ở trong điều kiện nh vậy thay đổi đặc tính tơng tác giữa lốp và vành Kết cấu này cho phép ngời lái xe chạy với tốc độ giảm đi với quãng đờng 28 Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong vài trăm cây số khi một hoặc nhiều lốp xe bị xẹp và nh vậy có thể không cần lốp dữ phòng Thế hệ lốp này cũng cha đợc phổ biến trên thị trờng và ứng dụng trong trờng hợp... gắn cứng bánh xe sau với khung ) + Mặt thứ hai và thứ ba là mặt lỗ 35 ( lỗ lắp ổ bi 215 với trục càng bánh trớc ) Hình II.5 Bớc 3 : chọn mặt tác dụng lực : 23 Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe lăn ứng dụng Soildworks trong - Đối với khung xe ta chọn mặt tác dụng là mặt dầm đỡ sàn ngồi, trong trờng hợp này do tải trọng đúng tâm nên lực sẽ phân bố đều trên toàn dầm ( Hình II.6) : Hình II.6 Hớng tác dụng của . này. 3 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn Phần I: Khảo sát thị trờng xe lăn I . Các kiểu xe lăn Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thờng. dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn - Xe ngồi : là loại xe mà ngời sử dụng xe lăn chỉ có thể ở t thế ngồi, phần dựa lng cố định với khung tạo thành một chi tiết cố định ( Hình I.1 ). - Xe. độ lật của xe do đó để đảm bảo 17 Đồ án tốt nghiệp ứ ng dụng Soildworks trong thiết kế xe lăn điều kiện an toàn cho xe ta phải kiểm nghiệm xem xe có bị lật trong quá trình sử dụng hay không